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电源的“刹车系统”VOP - 程控电源的技术和应用(21)

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 如果我们把程控电源比作一辆汽车,那么它的保护能力更像是刹车制动系统。良好的刹车制动系统能在紧急时刻挽救众人的性命,而超强的电源保护能力,则能在关键的时刻,挽救您的黄金般贵重的原型机。 在前面的一些文章中,我们谈到了电源的不同测量能力和应用,包括静态测试、动态测试、数据采集,也谈到了电源的精度。 在随后几篇文章中,我们讲谈到程控电源的保护能力。让我们从这篇《过压保护(VOP)》开始。

OVP 是电压的一个极其重要的特性旨在防止电源对较为灵敏的器件输入过高的电压。如果电源输出端子上的电压超过 OVP 设置,那么电源输出就会关闭,从而保护器件不会因为电压过高而损坏。一旦电源被打开,OVP 始终是工作的,您不能关闭它。 如果您不想激活它,就应将其设置为电源输出最大值的电压值。


 

有很多原因会导致过压, 包括

1.    
操作人员人为失误:操作人员可能将电压值设置错误, 超过了预定值, 也就是被测件可承受的最高电压

2.  
内部电路故障:电源中的电路可能发生故障导致输出电压超过预定值

3.  
外部电源影响:外部电源例如与输出并联的其它电源或电池), 可能产生高于预定值的电压


某些电源的 OVP 设计在输出上包括一个可控硅整流器SCR),它可以在探测到过电压条件时快速启动, 立即将输出短路,以防输出电压达到并停留在一个高电压值上。SCR 电路有时俗称为“撬棍(crowbar)”电路,因为它的作用就像是在过压一瞬间,把一大块金属撬到电源输出端,让输出端短路,从而保护被测件(DUT)不会接收到过高电压。不同的电源对过压的反应时间差别也很大。例如,安捷伦的N6700系列模块化电源,保护响应时间是50微妙,而E3600 系列基础电源,响应时间在几百微秒到3ms.


在传统的线性电源设计中当出现过电压条件时电源输出端上的 SCR 便会启动。图1是线性电源的工作框图,图中的第4个部件是串行直通的晶体管调整器(Series Pass Transistor) 。这个晶体管工作在线性区域,这也是“线性电源”名称的由来。有关原理的详情,请看文章 程控电源技术和应用指南(1线性程控电源的工作原?

 



 

在线性电源工作过程中,一旦出现过压情况,如果该串联直通晶体管没有成功短路, 那么电源内部未经调整电压会完全传输到输出端。 这个电压会高于电源的最大额定电压,很有可能损坏被测件。当 OVP 激活后,会发送一个信号来关闭串联直通晶体管。但如果该晶体管没有成功短路,关闭信号就失去了作用。 这时,保护被测件的唯一途径就是触发输出端上的 SCR,使输出短路。当然,SCR 电路设计有足够大的能力,可以应对过高的电压以及在短路后随之而来的电流。如果晶体管没有成功短路,而触发 SCR短路,电源的交流输入线路的保险丝有时会熔断,这可以完全禁用电源,保护被测件。


在开关电源中, 电源调整器包含多个大功率开关晶体管,它们有可能发生故障。但是与线性电源调整设计电路不同,当开关晶体管出现故障时,它不会在干线电压与输出端子之间创建直通的电流路径。因此故障的开关晶体管不太会导致 OVP。 当 OVP 由于开关调整器中的其他原因而激活时,要求所有开关功率晶体管关闭,以防任何电流流到输出端。因此,输出上无需放置 SCR 来增加过电压保护。关于开关电源的工作原理可框图,请看文章:程控电源技术和应用指南(2程控开关电源的工作原?


 

几十年前,当我们还在惠普年代时, OVP 初次开始在我们的电源上使用。 从那时起,OVP 最为电源的基本设置,便被固定下来。 我们内部将其设置为可能比电源的最大额定输出高 10 20%。后来,我们为电源用户提供了新的功能,使他们可以通过前面板的一个小孔, 通过调整电位计,轻松自如地控制 OVP 设置(参见下图2)。OVP 的可调范围通常大约为电源最大额定输出电压的 20% 120%。 此特性一问世,便作为附加选件配备给某些型号的电源。再后来,前面板上可手动调节的 OVP 开始成为大部分高性能电源的标准配置。 随着电子技术的进步,OVP 调节功能进一步整合到电源中,通过 DAC 进行控制。用户可按下前面板按钮, 或通过 GPIB 等接口来调节 OVP(参见下图3。目前,OVP 已成为几乎所有电源都必不可少的基本功能,可以轻易手动或自动设置,并且可以经过校准以便改善总体精度。


 
  

更多了解高性能电源的保护能力,
请观看安捷伦技术高手的讲解视频
http://v.youku.com/v_show/id_XNTMwNzEwMzAw.html?f=17488112